(57)【要約】【課題】燃料電池搭載車両の走行状態に応じて適正な量の水素及び酸素を燃料電池に供給することができ、燃料電池の出力を十分に大きくすることができるようにする。【解決手段】燃料ガス及び空気が供給されて電力を発生させる燃料電池と、該燃料電池に空気を供給するための空気供給系と、前記燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料供給系と、前記燃料電池で発生させられた電力によって駆動されるモータ７３と、該モータ７３において回生を行うことによって発生させられた電力によって、前記燃料電池による電力の発生に伴って生成された水を電気分解して水素及び酸素を発生させる水電解装置８１とを有する。酸素を燃料電池に供給するようにしているので、新しい空気を空気極側に供給するのが困難になっても、酸素分圧が低くなるのを防止することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス及び空気が供給されて電力を発生させる燃料電池と、該燃料電池に空気を供給するための空気供給系と、前記燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料供給系と、前記燃料電池で発生させられた電力によって駆動されるモータと、該モータにおいて回生を行うことによって発生させられた電力によって、前記燃料電池による電力の発生に伴って生成された水を電気分解して水素及び酸素を発生させる水電解装置とを有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記水電解装置によって発生させられた酸素を前記燃料電池に供給する補助供給処理手段を有する請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池に加わる負荷を判定する負荷判定処理手段を有するとともに、前記補助供給処理手段は、前記負荷が所定値より大きいときに前記燃料電池に酸素を供給する請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記水電解装置によって発生させられた水素及び酸素をそれぞれ蓄える貯蔵装置を有するとともに、前記補助供給処理手段は、前記負荷が所定値より大きい場合に、貯蔵装置から酸素を燃料電池に供給する請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記モータにおいて回生を行うことによって発生させられた電力を蓄える蓄電装置を有するとともに、前記補助供給処理手段は、前記負荷が所定値より大きい場合、前記蓄電装置から水電解装置に電力を供給する請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料ガスは水素であり、前記補助供給処理手段は、前記貯蔵装置から水素を燃料電池に供給する請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
燃料電池で発生させられた電力によって走行させられる車両の減速エネルギーを利用して、モータにおいて回生を行い、該回生を行うことによって発生させられた電力により、前記燃料電池における電力の発生に伴って生成された水を電気分解して酸素を発生させ、前記燃料電池に加わる負荷を判定し、該負荷が所定値より大きい場合、前記電気分解によって発生させられた酸素を前記燃料電池に供給することを特徴とする燃料電池システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム及びその運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池を搭載した車両（以下「燃料電池搭載車両」という。）においては、積層型の燃料電池によって発生させられた電力をモータに供給し、該モータを駆動することによってトルクを発生させるようにしている。
【０００３】
そのために、前記燃料電池搭載車両に燃料電池システムが配設され、該燃料電池システムは、液体水素が貯蔵された燃料タンク、該燃料タンクから水素ガスが供給されるとともに、空気が供給され、前記積層型の燃料電池を構成する燃料電池スタック、該燃料電池スタックから排出されたガス中の蒸気を凝縮させ、ガスと水とに分離させる凝縮器等を備える。
【０００４】
そして、前記燃料電池スタックにおいては、スタックケース内にモジュールが収容され、該モジュールは、燃料電池の要素を構成する複数のセルを互いに電気的に直列に接続することによって構成された集合体から成る。前記各セルは、電解質膜を挟んで、反応層及び拡散層を備えた燃料極並びに空気極を配設することによって形成された膜・電極接合体であるメンブレン・エレクトロード・アッセンブリ（ＭＥＡ）、及び該各メンブレン・エレクトロード・アッセンブリを分離させ、かつ、前記空気極に臨ませて空気供給路を、前記燃料極に臨ませて燃料供給路を形成するセパレータを備える。
【０００５】
そして、前記空気極はカソードとして、燃料極はアノードとして機能し、空気極に空気を、燃料極に水素ガスを供給し、空気極及び燃料極に前記セパレータを介して、インバータ及び電動機械としてのモータを接続すると、燃料極において触媒反応が起こり、水素が水素イオン（プロトン）と電子とに分解され、水素イオンが、プロトン（Ｈ+ ）の形態で水分を含んだ電解質膜内を空気極側に移動し、空気中の酸素と結合して水を生成する。また、前記燃料極で発生した電子が前記インバータを介して空気極側に移動し、これに伴って電力が発生する。すなわち、水素と酸素とを反応させることによって電流が発生させられ、該電流を前記セパレータを介してインバータ及びモータに供給することができる。
【０００６】
ところで、空気極側で酸素と水素イオンとが結合して水が生成されるのに伴って、空気中の酸素の量が少なくなり、窒素の量がその分多くなるとともに、水素と酸素との反応によって発生した熱により水が加熱されて水蒸気となるが、例えば、運転者がアクセルペダルを踏み込んで燃料電池搭載車両を加速させたり、登坂路で走行させたりする場合、燃料電池は高負荷で運転されることになり、窒素の多い空気及び水蒸気が空気極側で発生しやすくなるので、新しい空気を空気極側に供給するのがその分困難になってしまう。
【０００７】
その場合、酸素分圧が低くなり、十分な量の酸素を反応層に供給することができなくなるので、水素と酸素とを十分に反応させることができなくなり、燃料電池の出力が小さくなってしまう。
【０００８】
特に、目標の出力が大きくされ、積層密度が高くされた燃料電池においては、セルが薄くされ、小型化されるので、水素と酸素とを十分に反応させることができなくなり、燃料電池の出力を十分に大きくすることができなくなってしまう。
【０００９】
そこで、生成された水を電気分解して、水素及び酸素を発生させて蓄えておき、蓄えられた水素及び酸素を燃料電池に供給することによって、出力を大きくするようにした燃料電池が提供されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開昭６１−２６３０６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前記従来の燃料電池システムにおいては、蓄えられた水素及び酸素が、燃料電池搭載車両の走行状態に関係なく燃料電池に供給されるので、高負荷の運転状態において、適正な量の水素及び酸素を燃料電池に供給することができず、燃料電池の出力を十分に大きくすることができない。
【００１１】
本発明は、前記従来の燃料電池システムの問題点を解決して、燃料電池搭載車両の走行状態に応じて適正な量の水素及び酸素を燃料電池に供給することができ、燃料電池の出力を十分に大きくすることができる燃料電池システム及びその運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そのために、本発明の燃料電池システムにおいては、燃料ガス及び空気が供給されて電力を発生させる燃料電池と、該燃料電池に空気を供給するための空気供給系と、前記燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料供給系と、前記燃料電池で発生させられた電力によって駆動されるモータと、該モータにおいて回生を行うことによって発生させられた電力によって、前記燃料電池による電力の発生に伴って生成された水を電気分解して水素及び酸素を発生させる水電解装置とを有する。
【００１３】
本発明の他の燃料電池システムにおいては、さらに、前記水電解装置によって発生させられた酸素を前記燃料電池に供給する補助供給処理手段を有する。
【００１４】
本発明の更に他の燃料電池システムにおいては、さらに、前記燃料電池に加わる負荷を判定する負荷判定処理手段を有する。
【００１５】
そして、前記補助供給処理手段は、前記負荷が所定値より大きいときに前記燃料電池に酸素を供給する。
【００１６】
本発明の更に他の燃料電池システムにおいては、さらに、前記水電解装置によって発生させられた水素及び酸素をそれぞれ蓄える貯蔵装置を有する。
【００１７】
そして、前記補助供給処理手段は、前記負荷が所定値より大きい場合に、貯蔵装置から酸素を燃料電池に供給する。
【００１８】
本発明の更に他の燃料電池システムにおいては、さらに、前記モータにおいて回生を行うことによって発生させられた電力を蓄える蓄電装置を有する。
【００１９】
そして、前記補助供給処理手段は、前記負荷が所定値より大きい場合、前記蓄電装置から水電解装置に電力を供給する。
【００２０】
本発明の更に他の燃料電池システムにおいては、さらに、前記燃料ガスは水素である。
【００２１】
そして、前記補助供給処理手段は、前記貯蔵装置から水素を燃料電池に供給する。
【００２２】
本発明の燃料電池システムの運転方法においては、燃料電池で発生させられた電力によって走行させられる車両の減速エネルギーを利用して、モータにおいて回生を行い、該回生を行うことによって発生させられた電力により、前記燃料電池における電力の発生に伴って生成された水を電気分解して酸素を発生させ、前記燃料電池に加わる負荷を判定し、該負荷が所定値より大きい場合、前記電気分解によって発生させられた酸素を前記燃料電池に供給する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、燃料電池システムにおいては、燃料ガス及び空気が供給されて電力を発生させる燃料電池と、該燃料電池に空気を供給するための空気供給系と、前記燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料供給系と、前記燃料電池で発生させられた電力によって駆動されるモータと、該モータにおいて回生を行うことによって発生させられた電力によって、前記燃料電池による電力の発生に伴って生成された水を電気分解して水素及び酸素を発生させる水電解装置とを有する。
【００２４】
この場合、モータにおいて回生を行うことによって発生させられた電力によって、燃料電池の運転に伴って生成された水を電気分解して水素及び酸素を発生させ、燃料電池に加わる負荷が所定値より大きい場合、酸素を燃料電池に供給するようにしているので、窒素の多い空気及び水蒸気が空気極側で発生しやすくなり、新しい空気を空気極側に供給するのが困難になっても、酸素分圧が低くなるのを防止することができる。その結果、十分な量の酸素を燃料電池に供給することができるので、燃料ガスと酸素とを十分に反応させることができ、燃料電池の出力を大きくすることができる。
【００２５】
また、燃料電池に加わる負荷に対応させて酸素が供給されるので、高負荷の運転状態において、燃料電池の出力を十分に大きくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２７】
図１は本発明の実施の形態における車載燃料電池システムを示す図、図２は本発明の実施の形態における制御装置の動作を示すフローチャートである。
【００２８】
図において、１１は積層型の燃料電池、本実施の形態においては、固体高分子型の燃料電池（ＰＥＦＣ）を構成する燃料電池スタックであり、該燃料電池スタック１１は、乗用車、バス、トラック、乗用カート、荷物用カート等の車両に、エネルギー供給源として搭載される。この場合、車両は、照明装置、ラジオ、パワーウインドウ等のように、車両を停車させている間においても電気エネルギーを消費する補機類を多数備え、しかも、多様な走行パターンで走行させられることが多い。
【００２９】
そこで、エネルギー供給源として、燃料電池スタック１１のほかに、蓄電装置としての図示されないキャパシタ（コンデンサ）が配設される。なお、蓄電装置としてキャパシタに代えて、バッテリ（２次電池）を使用することができる。
【００３０】
また、１２は前記燃料電池スタック１１に媒体としての空気を供給するための媒体供給系としての空気供給系、１３は前記燃料電池スタック１１からガスを排出するためのガス排出系、１４は前記燃料電池スタック１１に燃料ガスとしての水素ガスを供給するための燃料供給系としての水素ガス供給系、１６は前記燃料電池スタック１１に水を供給するための冷却媒体機器部としての水供給系、１７は前記燃料電池スタック１１に水素ガス及び酸素を補助的に供給する補助供給系である。前記燃料電池スタック１１、空気供給系１２、ガス排出系１３、水素ガス供給系１４、水供給系１６及び補助供給系１７によって車載燃料電池システムが構成される。
【００３１】
本実施の形態においては、燃料電池として固体高分子型の燃料電池（ＰＥＭＦＣ）を使用しているが、該固体高分子型の燃料電池に代えて、アルカリ水溶液型の燃料電池（ＡＦＣ）、リン酸型の燃料電池（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩型の燃料電池（ＭＣＦＣ）、固体酸化物型の燃料電池（ＳＯＦＣ）、ヒドラジン型の燃料電池、直接メタノール型の燃料電池（ＤＭＦＣ）等を使用することもできる。
【００３２】
前記燃料電池スタック１１は、筐（きょう）体としてのスタックケース、及び該スタックケース内に収容されたスタックユニット２０を備える。そして、該スタックユニット２０は、複数のモジュール、該各モジュールを挟んで配設され、燃料電池の端子を構成する一対のターミナル、並びに前記モジュール及びターミナルを挟んで配設され、絶縁材料によって形成されたインシュレータを備える。
【００３３】
ところで、前記各モジュールにおいて、前記水素ガス供給系１４によって水素ガスとして供給された水素と、前記空気供給系１２によって酸化剤として供給された空気に含まれる酸素とが反応させられて水が生成されるとともに、反応に伴って電流が発生させられる。この場合、酸化剤として、空気に代えて酸素を供給することができる。そのために、前記モジュールは、燃料電池スタック１１の要素を構成する複数の薄い膜状のセルを積層し、互いに電気的に直列に接続することによって形成されたセルの集合体から成る。
【００３４】
前記各セルは、固体高分子から成り、イオン、本実施の形態においては、水素イオンを透過する固体電解質としての電解質膜を挟んで、反応層及び拡散層から成る燃料極（水素極）、並びに反応層及び拡散層から成る空気極を配設することによって形成された膜、電極接合体であるメンブレン・エレクトロード・アッセンブリ、及び該各メンブレン・エレクトロード・アッセンブリを分離させ、かつ、前記空気極に臨ませて空気供給路を、前記燃料極に臨ませて燃料供給路を形成するセパレータを備える。
【００３５】
前記各反応層は、前記空気極及び燃料極における電解質膜と接触する面に配設され、水素と酸素との反応を促進するために、カーボンに、白金系触媒及び固体高分子を混合してペースト状とした物質が、ある程度の厚さで均一に分散させられることによって形成された触媒層から成る。なお、前記空気極に代えて酸素極を使用し、媒体としての純酸素を燃料電池スタック１１に供給することもできる。
【００３６】
前記スタックケース内には、前記スタックユニット２０より上方に、空気供給系１２から供給された空気を各空気極に供給し、分配するための、第１のマニホルドとしての供給マニホルド２２が、スタックユニット２０より下方に、空気極内のガスを集め、ガス排出系１３に排出するための、第２のマニホルドとしての排出マニホルド２３が形成される。前記供給マニホルド２２及び排出マニホルド２３は、前記空気供給路と連通させられ、燃料供給路から遮蔽（へい）される。そのために、前記セパレータにおける空気極と面する側には、垂直方向に延びる複数の溝が形成され、各溝によって前記空気供給路が構成される。空気は、供給マニホルド２２に供給された後、各空気供給路に分配され、該空気供給路を下方に向けて流れ、排出マニホルド２３に排出される。
【００３７】
また、前記セパレータにおける燃料極と面する側は、全周が、隣接するメンブレン・エレクトロード・アッセンブリに対して接着剤によって接着され、シールされる。したがって、シールされた部分の内側には、燃料極に水素ガスを供給するための複数の水平な燃料供給路が形成される。
【００３８】
前記空気供給系１２は、供給マニホルド２２に空気を供給するための供給管２５、該供給管２５上に配設された酸化剤供給装置としてのシロッコファン等から成るファン２４、該ファン２４によって吸引される空気を濾（ろ）過する図示されないフィルタ等を備える。前記酸化剤供給装置として、ファン２４に代えて空気ボンベ、空気タンク、酸素ボンベ、酸素タンク等を使用することができる。
【００３９】
また、前記ガス排出系１３は、排出マニホルド２３からガスを排出するための排出管３０、該排出管３０に配設された回収部材としての凝縮器３１、ガスの温度を検出する温度検出部としての図示されない温度センサ等を備える。
【００４０】
したがって、前記ファン２４を作動させることによって、車外から取り込まれた空気を前記供給マニホルド２２に供給することができる。また、排出マニホルド２３から排出されたガスは、排出管３０を介して凝縮器３１に供給され、該凝縮器３１によって、ガス中の蒸気が凝縮されて水になる。そして、水が回収された後のガスは外部に排出される。なお、前記凝縮器３１に凝縮促進部材としての図示されない冷却ファンを配設することができる。該冷却ファンの回転速度を高くし、送風量を多くすることによって、蒸気の凝縮量を多くすることができる。
【００４１】
また、前記水素ガス供給系１４は、液体水素が貯蔵された燃料供給装置及び水素供給装置としての燃料タンク４１、該燃料タンク４１に接続され、燃料タンク４１内の液体水素を水素ガスとして排出するための燃料供給路５１、該燃料供給路５１と並列に形成された図示されない燃料帰還路、該燃料帰還路に接続され、水素ガスを排出する図示されない燃料排出路等を備える。
【００４２】
そして、前記燃料供給路５１に、燃料供給路５１に排出された水素ガスの圧力を調整する図示されない調圧弁、水素ガスの燃料電池スタック１１への供給量を調整する図示されない開閉弁、水素ガスの圧力を検出する圧力検出器としての図示されない水素圧センサ等が配設される。
【００４３】
なお、前記燃料タンク４１に代えて、水素ガスが充填（てん）された水素吸蔵合金を収容する水素吸蔵合金タンクを使用することもできる。その場合、前記水素吸蔵合金は、常温下で水素ガスを放出し、低温下で水素ガスを吸蔵する性質を有する。また、改質装置によってメタノール、ガソリン等を改質して水素ガスを生成し、該水素ガスを燃料電池スタック１１に直接供給することもできるが、燃料電池搭載車両の高負荷走行時にも安定して十分な量の水素を供給することができるようにするためには、前記燃料タンク４１を使用するのが好ましい。
【００４４】
前記水供給系１６は、媒体供給源としての水タンク６１、水供給装置としてのポンプ（Ｐ）６２、空気極冷却装置としての噴射装置（インジェクタ）６３、前記水タンク６１から排出された水を噴射装置６３に供給するための供給管６０、排出マニホルド２３の下部に溜（た）まり、排出マニホルド２３から排出された水、及び凝縮器３１において分離させられた水を回収し、水タンク６１に供給するための水帰還路５９、回収された水を水タンク６１に供給する水回収ポンプ（Ｐ）６５、該水回収ポンプ６５と水タンク６１との間に配設された逆止弁６６等を備える。該逆止弁６６においては、水回収ポンプ６５側から水タンク６１側に水が流れるのを許容し、水タンク６１側から水回収ポンプ６５側に水が流れるのを阻止する。
【００４５】
なお、制御装置７２は、燃料電池に加わる負荷を検出し、該負荷に対応させてポンプ６２に印加される電圧を調整することによって、噴射装置６３に供給される水の圧力を調整する。
【００４６】
ところで、前記空気極はカソードとして、燃料極はアノードとして機能し、空気極に空気を、燃料極に水素ガスを供給し、空気極及び燃料極に前記セパレータを介してインバータ８９及び電動機械としてのモータ７３を接続すると、燃料極において触媒反応が起こり、水素が水素イオンと電子とに分解され、水素イオンが、プロトンの形態で水分を含んだ電解質膜内を空気極側に移動し、空気中の酸素と結合して水を生成する。また、前記燃料極で発生した電子がインバータ８９を介して空気極側に移動し、これに伴って電流が発生する。すなわち、水素と酸素とを反応させることによって電流が発生させられ、該電流を前記セパレータを介してインバータ８９及びモータ７３に供給することができる。そして、該モータ７３に駆動輪ｗｈが接続され、前記モータ７３に電流を供給することによってモータ７３を駆動すると、モータトルクが発生させられ、該モータトルクが駆動輪ｗｈに伝達される。したがって、燃料電池搭載車両を走行させルことができる。
【００４７】
なお、燃料電池スタック１１によって発生させられた電圧は、第１の検出部としての電圧センサ７０によって、また、燃料電池スタック１１によって発生させられた電流は、第２の検出部としての電流センサ７１によって検出される。
【００４８】
本実施の形態において、前記制御装置７２は、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算装置、半導体メモリ等の記憶装置、入出力インタフェース等を備える。そして、前記制御装置７２に、温度センサ、水位センサ、水素圧センサ、水素濃度センサ、電圧センサ７０、電流センサ等の検出部としての各センサが接続され、各センサのセンサ出力が送られる。また、前記制御装置７２に、ファン２４、ポンプ６２、水回収ポンプ６５、調圧弁、開閉弁等の各アクチュエータが接続され、制御装置７２は、前記各センサのセンサ出力に基づいて各アクチュエータの動作を制御する。
【００４９】
ところで、空気極側で酸素と水素イオンとが結合して水が生成されるのに伴って、空気中の酸素の量が少なくなり、窒素の量がその分多くなるとともに、水素と酸素との反応によって発生した熱により水が加熱されて水蒸気となるが、例えば、運転者がアクセルペダルを踏み込んで燃料電池搭載車両を加速させたり、登坂路で走行させたりする高負荷の走行状態においては、燃料電池スタック１１に加わる負荷が大きくなり、窒素の多い空気及び水蒸気が空気極側で発生しやすくなり、新しい空気を空気極側に供給するのがその分困難になってしまう。
【００５０】
その場合、酸素分圧が低くなり、十分な量の酸素を反応層に供給することができなくなるので、水素と酸素とを十分に反応させることができなくなり、前記燃料電池スタック１１の出力が小さくなってしまう。
【００５１】
特に、目標の出力が大きくされ、積層密度が高くされた前記燃料電池スタック１１においては、セルが薄くされ、小型化されるので、水素と酸素とを十分に反応させることができなくなり、前記燃料電池スタック１１の出力を十分に大きくすることができなくなってしまう。
【００５２】
そこで、本実施の形態においては、生成された水を電気分解して、水素及び酸素を発生させて蓄えておき、水素及び酸素を補助的に前記燃料電池スタック１１に供給するようにしている。
【００５３】
そのために、前記水帰還路５９において前記凝縮器３１と水回収ポンプ６５との間に水電解装置８１が配設され、凝縮器３１から又は燃料電池スタック１１から直接供給された水を、電気分解して水素及び酸素を発生させるようにしている。
【００５４】
そして、水電解装置８１において発生させられた水素は、補助的な第１の貯蔵装置としての燃料タンク８２に供給されて蓄えられ、酸素は、第２の貯蔵装置としての媒体タンク８３に供給されて蓄えられる。また、前記燃料タンク８２と燃料電池スタック１１とが補助供給管８５を介して接続され、前記媒体タンク８３と燃料電池スタック１１とが補助供給管８６を介して接続され、前記補助供給管８５に開閉弁８７が、補助供給管８６に開閉弁８８が配設される。
【００５５】
水電解装置８１において電気分解を行うために、制御装置７２の回生処理手段は、回生処理を行い、モータ７３に駆動信号ＳＧ１を供給し、モータ７３において回生を行い、それに伴って発生させられる電流、すなわち、電力を水電解装置８１に供給する。
【００５６】
この場合、運転者が図示されないアクセルペダルを踏み込んで燃料電池搭載車両を加速させたり、登坂路で走行させたりして、燃料電池搭載車両が高負荷で走行させられ、燃料電池スタック１１に加わる負荷が大きくなると、開閉弁８７、８８に信号ＳＧ１、ＳＧ２を送り、開放し、燃料タンク８２内の水素、及び媒体タンク８３内の酸素を燃料電池スタック１１に供給する。また、制御装置７２は、力行、又は回生でモータ７３を駆動するために、駆動信号ＳＧ３を発生させ、モータ７３に送る。
【００５７】
次に、前記構成の制御装置７２の動作について説明する。
【００５８】
燃料電池スタック１１の運転が開始されると、制御装置７２の図示されない負荷判定処理手段は、負荷判定処理を行い、燃料電池によって発生させられ、電圧センサ７０によって検出された電圧を、実電圧Ｖｒとして読み込み、該実電圧Ｖｒに基づいて燃料電池スタック１１に加わる負荷が大きいかどうかを判断する。
【００５９】
そのために、前記負荷判定処理手段は、燃料電池スタック１１によって発生させられる理論的な電圧を、理論電圧Ｖｓとして読み込み、前記実電圧Ｖｒを理論電圧Ｖｓで除算して、燃料電池スタック１１の電圧効率ηｖ
ηｖ＝Ｖｒ／Ｖｓ
を算出する。
【００６０】
そして、前記負荷判定処理手段は、電圧効率ηｖが閾（しきい）値、本実施の形態においては、０．５より小さいかどうかを判断し、電圧効率ηｖが０．５より小さい場合、燃料電池スタック１１に加わる負荷が所定値より大きいと判断し、電圧効率ηｖが０．５以上である場合、燃料電池スタック１１に加わる負荷が所定値以下であると判断する。
【００６１】
このようにして、燃料電池スタック１１に加わる負荷が判定されると、続いて、制御装置７２の図示されない補助供給処理手段は、補助供給処理を行い、判定結果に基づいて、開閉弁８７、８８の開閉を行う。すなわち、燃料電池スタック１１に加わる負荷が大きいと判断されると、前記補助供給処理手段は、開閉弁８８を開放し、媒体タンク８３に蓄えられた酸素を燃料電池スタック１１に供給する。したがって、燃料電池スタック１１に１００〔％〕の濃度の酸素が付加（供給）されることになるので、空気極側の酸素濃度を高くすることができる。
【００６２】
また、実電圧Ｖｒが高くなり、電圧効率ηｖが０．５以上になると、前記負荷判定処理手段は、開閉弁８８を閉鎖し、燃料電池スタック１１への酸素の供給を停止させる。
【００６３】
したがって、燃料電池スタック１１に加わる負荷が大きい場合に、窒素の多い空気及び水蒸気が空気極側で発生しやすくなり、新しい空気を空気極側に供給するのが困難になっても、酸素分圧が低くなるのを防止することができる。その結果、十分な量の酸素を反応層に供給することができるので、水素と酸素とを十分に反応させることができ、燃料電池スタック１１の出力を大きくすることができる。
【００６４】
また、前記補助供給処理手段は、開閉弁８７を開放し、燃料タンク８２に蓄えられた水素を燃料電池スタック１１に供給することができる。
【００６５】
この場合、燃料電池スタック１１に供給することができる水素の量を多くすることができるので、燃料電池搭載車両の走行可能な距離、すなわち、就航距離を長くすることができる。
【００６６】
そして、蓄えられた水素及び酸素が、燃料電池搭載車両の走行状態に対応させて、かつ、燃料電池スタック１１に加わる負荷に対応させて燃料電池スタック１１に供給されるので、高負荷の運転状態において、適正な量の水素及び酸素を燃料電池スタック１１に供給することができ、燃料電池スタック１１の出力を十分に大きくすることができる。
【００６７】
本実施の形態においては、電圧効率ηｖに基づいて、燃料電池スタック１１に加わる負荷が大きいかどうかを判断するようになっているが、運転者が図示されないアクセルペダルを踏み込んだときの踏込み量を読み込み、踏込み量が大きいかどうかによって、燃料電池スタック１１に加わる負荷が大きいかどうかを判断することができる。
【００６８】
次にフローチャートについて説明する。
ステップＳ１  燃料電池スタック１１の運転を開始する。
ステップＳ２  電圧効率ηｖが０．５より小さいかどうかを判断する。電圧効率ηｖが０．５より小さい場合はステップＳ３に、電圧効率ηｖが０．５以上である場合はステップＳ４に進む。
ステップＳ３  開閉弁８８を開き、リターンする。
ステップＳ４  開閉弁８８を閉じて、リターンする。
【００６９】
本実施の形態においては、モータ７３において回生を行い、それに伴って発生させられる電力を水電解装置８１に供給するようになっているが、前記電力をキャパシタに蓄えることができる。その場合、燃料電池スタック１１に加わる負荷が判定されると、補助供給処理手段は、判定結果に基づいて、キャパシタに蓄えられた電力を水電解装置８１に供給し、水素及び酸素を発生させ、燃料電池スタック１１に供給することができる。
【００７０】
また、該燃料電池スタック１１に加わる負荷が小さい場合、燃料電池スタック１１によって発生させられた電力をキャパシタに蓄え、燃料電池スタック１１に加わる負荷が大きい場合、キャパシタに蓄えられた電力を水電解装置８１に供給し、水素及び酸素を発生させ、燃料電池スタック１１に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施の形態における車載燃料電池システムを示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における制御装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７２】
１１    燃料電池スタック
１２    空気供給系
１３    ガス排出系
１４    水素ガス供給系
１６    水供給系
１７    補助供給系
８１    水電解装置
８２    燃料タンク
８３    媒体タンク
【図１】
2007299564.tif 000003
【図２】
2007299564.tif 000004